Báo cáo bài tập lớn môn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot hút bụi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử robot hút bụi Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nhữ Quý Thơ Lớp: Cơ điện tử 03 – K14 Họ tên sinh viên: Vũ Văn Phong 2019604791 Đặng Đình Phúc 2019604608 Ngơ Văn Ninh 2019601832 Nhóm: 16 Khoa : Cơ Khí Hà Nội, 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061004 Tên nhóm: N16 Họ tên thành viên : - Ngô Văn Ninh - Vũ văn Phong - Đặng Đình Phúc Khóa: 14 MSV: 2019601832 MSV: 2019604792 MSV: 2019604608 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử: Robot hút bụi Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng công cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 16/05/2022 đến ngày 13/06/2022) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA/TRUNG TÂM Ts Nguyễn Anh Tú GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ths Nhữ Quý Thơ MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU PHẦN TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Robot hút bụi 1.2 Các thành phần Robot hút bụi PHẦN 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ 2.1 Phân tích nhiệm vụ thiết kế 2.1.1 Thiết lập danh sách yêu cầu 2.1.2 Tóm tắt để xác định vấn đề 11 2.1.3 Thiết lập cấu trúc chức 21 2.1.4 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc 26 2.1.5 Kết hợp nguyên tắc làm việc 30 2.1.6 Lựa chọn biến thể phù hợp 30 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Chức tổng thể robot hút bụi 21 Hình Sơ đồ cấu trúc chức tổng thể Robot hút bụi 22 Hình 3: Sơ đồ cấu trúc chức bảo vệ hệ thống điện robot hút bụi 23 Hình 4: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm soát va chạm robot hút bụi 23 Hình 5: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm sốt vị trí robot hút bụi 24 Hình 6: Sơ đồ cấu trúc chức điều chỉnh tốc độ robot hút bụi 24 Hình 7: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm soát lượng robot hút bụi 25 Hình 8: Sơ đồ cấu trúc chức an toàn robot hút bụi 25 Hình 9: Sơ đồ cấu trúc chức điều khiển từ xa robot hút bụi 26 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Danh sách yêu cầu cho hết thống robot hút bụi 11 Bảng Nguyên tắc làm việc cho chức Robot hút bụi 30 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta đà phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày nâng cao Nhu cầu sử dụng thiết bị đại đời sống sinh hoạt nghành công nghiệp,nông nghiệp dịch vụ tăng không ngừng Đây hội thách thức cho ngành Cơ điện tử với việc phát triển sản phẩm Cơ khí, Cơ điện tử phục vụ nhu cầu xã hội Một yêu cầu thiết yếu đặt việc cung cấp sản phẩm Cơ điện tử cách liên tục đại hóa cho nơi đặc biệt, cơng ty xí nghiệp lớn, bệnh viện …và xa cung cấp cho sinh hoạt hàng ngày người dân sử dụng hỗ trợ hệ thống tự động Để thực việc này, Nhóm em lựa chọn đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử Robot hút bụi để nâng cao đời sống người dân, tự động hóa, đại hóa tất việc sinh hoạt hàng ngày Sau thời gian học tập trường, bảo hướng dẫn nhiệt tình thầy cô giáo ngành Cơ điện tử trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Nhóm em phân tích thiết kế hệ thống Robot hút bụi Bằng cố gắng nỗ lực tất thành viên nhóm đặc biệt giúp đỡ tận tình, chu đáo thầy giáo ThS, Nhữ Q Thơ, nhóm em hồn thành BTL thời hạn Do thời gian làm BTL có hạn trình độ cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Nhóm em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để BTL hoàn thiện Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS, Nhữ Quý Thơ, thầy cô giáo ngành Cơ điện tử - Khoa Cơ Khí tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em thời gian qua PHẦN TỔNG QUAN HỆ THỐNG 1.1 Robot hút bụi Robot hút bụi hay gọi với tên máy hút bụi tự động loại thiết bị đại thông minh thị trường thực công việc lau dọn nhà cửa Sản phẩm thiết kế lập trình sẵn để thực tồn cơng việc hút bụi, lau sàn nhà hồn tồn tự động mà khơng cần đến q nhiều tác động người Chính thế, khơng có nhà, robot hút bụi, robot lau nhà tự hoạt động, dọn dẹp sàn nhà hiệu Thiết bị giải pháp thay tối ưu cho dụng cụ chổi quét nhà hay máy hút bụi truyền thống, không cần dùng đến sức người Robot hút bụi thiết kế lập trình đặc biệt để thực nhiệm vụ hút bụi, lau chùi sàn nhà tự động Chúng hoạt động tốt bề mặt sàn nhà, thảm chướng ngại vật có chiều cao từ 1-2cm mà khơng cần có can thiệp người Ưu điểm lớn sản phẩm robot hút bụi khả làm không vết bẩn sàn nhà mà hút bụi bẩn khơng khí, mang đến khơng gian thống sạch, an tồn cho gia đình bạn Đây điểm mạnh vượt trội mà dụng cụ làm thông thường chổi máy hút bụi làm 1.2 Các thành phần Robot hút bụi Hệ thống điện tử Robot hút bụi gồn phần chính: Thành phần khí: bao gồm Phần vỏ máy: Cấu tạo máy hút bụi thông minh sản phẩm có cho thiết kế cấu tạo vỏ khác nhau, sản phẩm có kiểu dáng màu sắc, để tạo khác biệt cho sản phẩm Phần bánh xe: Bánh xe phận nằm cấu tạo robot hút bụi thông minh phận giúp robot hút bụi di chuyển, robot tích hợp hai bánh xe Hộp rác: cấu tạo máy hút bụi phần hộp rác hay gọi hộp chứa bụi robot có cho kích thước robot hút bụi khác nhau, có sản phẩm có kích thước lớn, có robot hút bụi có kích thước hộp chứa nhỏ tùy thuộc vào thiết kế nhà sản xuất Và phần Chổi quét: Đây phận thiếu cấu tạo máy hút bụi thông minh, nhờ có phận robot quét rác bụi quy hoạch lại để robot hút làm Thành phần điều khiển: Cấu tạo vi mạch bên trong: Cấu tạo máy hút bụi thông minh phía bao gồm hệ thống vi mạch, tích hợp lập trình cơng nghệ mà robot hút bụi lau nhà sử dụng Nhờ có phận mà robot di chuyển làm việc linh hoạt theo mong muốn người dùng Và Hệ thống Laser định vị: Mỗi robot hút bụi có hệ thống định vị riêng, giúp robot có khả nhận diện định vị vị trí làm việc Đối với phân khúc có cấu tạo máy hút bụi thơng minh khả định vị robot tốt PHẦN 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ 2.1 Phân tích nhiệm vụ thiết kế Trước bắt đầu phát triển sản phẩm, cần phải làm rõ nhiệm vụ thiết kế cách chi tiết Việc phân tích nhiệm vụ thiết kế trải qua bước sau: 2.1.1 Thiết lập danh sách yêu cầu DANH SÁCH YÊU CẦU THIẾT KẾ Nhóm 16 ROBOT HÚT BỤI Thay đổi D u cầu W Hình dạng, kích thước (Geometry) - Tự thiết lập bán kính làm việc - Khối lượng: 3-5 kg - Kích thước: + Rộng: 24- 35 cm + Cao: 5-17 cm - Hình dạng: Hình trụ - Kết nối hệ thống với dây điện - Mở rộng thiết bị kết nối thông minh Động học (Kinematics) - Dạng chuyển động: tịnh tiến - Góc chuyển hướng: - 360 ° - Tốc độ di chuyển: – mét/phút Chịu trách nhiệm - Độ bền sản phẩm > năm - Đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn sản xuất - Nhiệt độ hoạt động – 10° đến 50 ° Lắp ráp (Assembly) - Các phận tháo rời để dễ dàng bảo hành - Kết nối phận khí – điều khiển chắn, an tồn - Có thể thay Pin hạn - Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp Vận hành (Operation) - Vận hành an toàn - Vận hành êm, gấy tiếng ơng hoạt động < 65DB - Cài đặt mặt sàn dọn dẹp tự động Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance) - Vịng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng - Dịch vụ bảo hành: Tối đa năm - Các phận thay dễ tìm, dễ mua thị trường Tái chế ( Recycling) - Các phận tái sử dụng Giá thành (Costs) - 5.000.000 - 15.000.000 đồng Kế hoạch phát triển - Ngiên cứu phát triển tối đa năm Giai đoạn 3: Trong mức độ định, khái quát lại kết bước trước Hình dạng, kích thước (Geometry) 17 - Tự thiết lập bán kính làm việc - Khối lượng: 3-5 kg - Kết nối hệ thống với dây điện Động học ( Kinematics) - Dạng chuyển động: tịnh tiến - Góc chuyển hướng: - 360 ° - Tốc độ di chuyển: – mét/phút - Có hệ thống truyền chuyển động động bánh xe Lực (Forces) - Hệ thống truyền lực tạo chuyển động - Chống tác động ngoại lực năm - Đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn sản xuất - Nhiệt độ hoạt động – 10° đến 50 ° Lắp ráp (Assembly) - Các phận tháo rời để dễ dàng bảo hành - Kết nối phận khí – điều khiển chắn, an tồn - Có thể thay Pin hạn - Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp Vận hành (Operation) - Vận hành an tồn - Vận hành êm, gấy tiếng ông hoạt động < 65DB - Cài đặt mặt sàn dọn dẹp tự động Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance) - Vòng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng - Dịch vụ bảo hành: Tối đa năm - Các phận thay dễ tìm, dễ mua thị trường Tái chế ( Recycling) - Các phận tái sử dụng Giá thành (Costs) - 5.000.000 - 15.000.000 đồng Kế hoạch phát triển - Ngiên cứu phát triển tối đa năm 20 Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo thuật ngữ trung lập giải pháp Thiết kế Robot hút bụi tự động thiết lập diện tích mặt sàn dọn dẹp 2.1.3 Thiết lập cấu trúc chức a) Chức tổng thể - Khái quát chức tổng thể Robot hút bụi: Hình 1: Chức tổng thể robot hút bụi 21 Hình Sơ đồ cấu trúc chức tổng thể Robot hút bụi 22 b) Các chức - Chức bảo vệ hệ thống điện : Hình 3: Sơ đồ cấu trúc chức bảo vệ hệ thống điện robot hút bụi - Chức kiểm sốt va chạm : Hình 4: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm soát va chạm robot hút bụi 23 - Chức kiểm sốt vị trí : Hình 5: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm sốt vị trí robot hút bụi - Chức điều chỉnh tốc độ : Hình 6: Sơ đồ cấu trúc chức điều chỉnh tốc độ robot hút bụi 24 - Chức kiểm sốt lượng rác Hình 7: Sơ đồ cấu trúc chức kiểm soát lượng robot hút bụi - Chức an tồn Hình 8: Sơ đồ cấu trúc chức an toàn robot hút bụi - Chức điều khiển từ xa: 25 Hình 9: Sơ đồ cấu trúc chức điều khiển từ xa robot hút bụi 2.1.4 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc: Giải pháp (1) Chức Nguồn điện Chống ngắn mạch Bảo vệ hệ thống điện (3) Pin Lithium Ac-quy MCB Aptomat Mạch bảo vệ Aptomat Rơ-le Lỗ thống khí Đế tản nhiệt Modul L298 Chống tải Cầu chì điện Chống nhiệt (2) Quạt tản nhiệt Điều chỉnh tốc độ động Mạch khuếch đại Encoder Chuyển đổi Điện-Cơ Động cảm Mạch chuyển biến đổi Động điện DC 26 Chuyển hướng Bánh xe trước Bánh xe trước cao su nhựa Truyền động Trục quay ly tâm Trục quay Trục quay thép nhôm Giảm tốc Đầu nối giảm tốc Hộp số giảm Motor giảm tốc tốc DC Led báo nguồn Màn hình LCD Led Dẫn động 10 11 Hiển thị Ngắt điện khẩn cấp 14 dừng Aptomat Ngắt hệ thống Rơ le dẫn động 12 13 Nút bấm khẩn cấp Dừng tránh va chạm 15 Cầu chì Aptomat Cầu dao tép Phát vận tốc Cảm biến tốc độ Phát vật cản Cảm biến vật cản Cảm biến D80NK quang Cảm biến hồng ngoại Sạc Pin Sạc dùng dây rời Sạc không dây Sạc dùng dây liền Hiển thị Màn hình LCD LED nguồn Sommer 30 RQ- Nguồn 16 27 báo Điều khiển thủ Điều khiển Điều khiển Điều khiển công nút bấm giọng nói nút càm ứng 17 18 Điều khiển robot 19 Chọn chế độ hoạt động 22 23 26 Điều khiển smartphone Sử dụng bluetooth Sử dụng Wifi Chế độ hút thảm Tấm lọc than hoạt Tấm lọc bụi tính Nhiệt độ Tín hiệu đầy dụng cụ chứa rác Sử dụng hồng ngoại Chổi qt Khăn lau khơ Tín hiệu Pin Báo tín hiệu Các nút cảm ứng điều khiển modul Chế độ lau nhà Đổ khay chứa rác 24 25 Các nút bấm điều khiển modul Chế độ hút bụi Thiết bị hút 20 21 Điều khiển modul điều khiển Khăn lau ướt Tấm lọc mùi Đổ rác tay Đổ rác tự động Màn hình LCD Đèn báo Màn hình LCD Thiết bị di động Đèn báo Màn hình LCD Cịi báo 28 LED 27 Tín hiệu va chạm 28 Chế độ hoạt động 29 30 Kiểm sốt vị trí Kiểm sốt lượng rác 31 32 Báo khẩn cấp 33 34 Còi báo Màn hình LCD Thiết bị điều Đèn báo khiển Cảm biến vị trí Camera Cảm biến lượng Cịi báo Báo va chạm, rơi rớt Cảm biến hồng Cảm biến cầu Camera ngoại thang Xử lý điều khiển Đèn báo Khởi động thiết bị điều khiển Màn hình LCD Đèn báo Còi báo Thiết bị di động PIC 18f 4520 PIC 16f 887 Arduino Khởi động thủ Nút nhấn cơng Khởi động khối Đổ rác định kì Báo đầy rác Báo cố, chập cháy 35 36 Đèn báo Nút nhấn cảm ứng Khởi động Thiết remote động 29 bị di 37 Tự khởi động 38 Chổi cạnh 39 40 41 Kiểm soát chổi quét rác Chổi quét Hệ thống hút bụi Hệ thống lau sàn 42 Modul tạo trễ timer USB watchdog Modul rơ le chiều Chổi trịn Chổi hình Trục quay ly tâm Trục thẳng Motor hút 16600rpm quay bụi Động hút bụi 24000DIY Khăn dạng xoáy Khăn thẳng Khay chứa vng Khay chứa trịn Khay bán nguyệt Khay chứa rác dạng Bảng Nguyên tắc làm việc cho chức Robot hút bụi 2.1.5 Kết hợp nguyên tắc làm việc Các nguyên tắc làm việc kết hợp thành biến thể biểu diễn bảng Cụ thể nguyên tắc đặt ký hiệu màu tạo thành biến thể Theo bảng 1.1 ta thấy có ba biến thể với ba màu khác chọn tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) màu xanh (biến thể 3) Từ ta xét tới tính khả thi biến thể vừa tạo 2.1.6 Lựa chọn biến thể phù hợp Sau kết hợp nguyên tắc làm việc (biểu diễn bảng 1.1), ta ba biến thể tiêu biểu: 30 Biến thể : 1.1 – 2.1 – 3.2 – 4.1 – 5.1 – 6.2 – 7.1 – 8.3 – 9.3 – 10.2 – 11.3 – 12.1 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.1 – 17.2 – 18.2 – 19.3 – 20.2 – 21.1 – 22.2 – 23.1 – 24.1 – 25.3 – 26.2 – 27.1 – 28.1 – 29.1 – 30.2 – 31.3 – 32.1 – 33.1 – 34.1 – 35.1 – 36.1 – 37.2 – 38.2 – 39.1 – 40.1 – 41.1 – 42.2 Biến thể : 1.2 – 2.3 – 3.1 – 4.1 – 5.2 – 6.1 – 7.1 – 8.2 – 9.2 – 10.3 – 11.2 – 12.3 – 13.1 – 14.3 – 15.2 – 16.1 – 17.1 – 18.2 – 19.2 – 20.3 – 21.3 – 22.1 – 23.1 – 24.2 – 25.2 – 26.3 – 27.1 – 28.2 – 29.1 – 30.1 – 31.2 – 32.2 – 33.2 – 34.3 – 35.2 – 36.2 – 37.3 – 38.2 – 39.2 – 40.1 – 41.1 – 42.3 Biến thể : 1.1 – 2.2 – 3.3 – 4.2 – 5.3 – 6.3 – 7.2 – 8.1 – 9.1 – 10.1 – 11.1 – 12.2 – 13.1 – 14.2 – 15.3 – 16.2 – 17.3 – 18.1 – 19.1 – 20.1 – 21.2 – 22.3 – 23.2 – 24.2 – 25.1 – 26.1 – 27.2 – 28.3 – 29.2 – 30.1 – 31.3 – 32.3 – 33.1 – 34.2 – 35.1 – 36.2 – 37.1 – 38.1 – 39.2 – 40.2 – 41.2 – 42.1 Để lựa chọn biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng tiêu chí để đánh giá so sánh biến thể Tuy nhiên độ phức tạp quan trọng tiêu chí để đánh giá khác nhau, để bao quát thấy mức độ quan trọng tiêu chí, ta xây dựng mục tiêu Trong mục tiêu bao gồm tiêu chí đặt cho biến thể Trong tiêu chí lớn có tiêu chí nhỏ đặt Số điểm bên trái (w) độ quan trọng tiêu chí với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) độ quan trọng tiêu chí với tổng thể hệ thống (hình 10) 31